Concetti Chiave
- La luce può essere vista sia come un'onda elettromagnetica che come una particella, mentre gli elettroni sono associati a onde circolari, sfidando la tradizionale teoria delle orbite.
- La teoria quantistica consente di conoscere simultaneamente velocità e posizione dell'elettrone, mentre la teoria ondulatoria, secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg, no.
- La probabilità di trovare un elettrone varia con la distanza dal nucleo, aumentando inizialmente e poi diminuendo, con il massimo valore stabilito da Bohr.
- Un orbitale è una nube elettronica tridimensionale che descrive la probabilità di presenza di un elettrone, contrariamente a un'orbita che implica un percorso definito.
- Gli orbitali possono sovrapporsi, poiché l'atomo è per lo più vuoto, riducendo la probabilità di collisione tra elettroni negli orbitali.
Luce ed elettroni: onde e particelle
Come la luce può essere considerata un’onda elettromagnetica oppure una particella, così ad ogni elettrone può essere associata un’onda circolare. Questo mette in dubbio la teoria delle orbite, entra quindi in gioco il concetto di probabilità. Secondo la teoria quantistica, l’elettrone si muove nelle orbite come sui binari di un treno, è quindi possibile conoscerne la velocità e la posizione. La teoria ondulatoria invece prevede che non si possano conoscere simultaneamente la velocità e la posizione dell’elettrone, così come esplicitato da Heisemberg con il principio di indeterminazione. Quindi, l’elettrone, essendo anche un’onda, può e non può passare per un punto fisso. È quindi solo possibile calcolare la probabilità di trovare l’elettrone in un determinato punto. Non si può allora più parlare di orbita, ma di orbitale.
Allontanandosi dal nucleo aumenta il volume totale e la probabilità di trovare l’elettrone aumenta, per poi diminuire. Quindi la probabilità radiale, ossia la probabilità di trovare l’elettrone a una certa distanza, prima aumenta e poi diminuisce e la massima probabilità è in corrispondenza del valore stabilito da Bohr.
Orbitali e numeri quantici
L’orbitale in altri termini è una nube elettronica tridimensionale in cui vi è una certa probabilità di trovare l’elettrone. All’orbitale si attribuiscono anche i numeri quantici: se l=0 si parla di orbitale sferico unico s, se l=1 vi sono 3 orbitali p che differiscono per il numero quantico m, ognuno di questi orbitali è infatti orientato lungo un asse differente. Gli orbitali p presentano poi un piano nodale, che divide i lobi e attraversa il nucleo, e quindi non raggiunge mai il nucleo, a differenza degli orbitali s. Se l=2 l’orbitale vi sono 5 orbitali d, per l=3 vi sono 7 orbitali f.
Inoltre è possibile che gli orbitali si compenetrino perché l’atomo è quasi vuoto e quindi non c’è probabilità si scontrino gli elettroni contenuti negli orbitali.
Domande da interrogazione
- Qual è la differenza tra la teoria quantistica e la teoria ondulatoria riguardo al comportamento degli elettroni?
- Cosa si intende per orbitale e come si differenziano gli orbitali in base ai numeri quantici?
- Come varia la probabilità di trovare un elettrone in relazione alla distanza dal nucleo?
La teoria quantistica permette di conoscere simultaneamente la velocità e la posizione dell'elettrone, mentre la teoria ondulatoria, come spiegato dal principio di indeterminazione di Heisemberg, afferma che non è possibile conoscere entrambe le grandezze contemporaneamente, portando a una descrizione probabilistica dell'elettrone.
L'orbitale è una nube elettronica tridimensionale in cui si può trovare l'elettrone con una certa probabilità. Gli orbitali sono classificati in base ai numeri quantici: per l=0 si ha un orbitale sferico (s), per l=1 ci sono 3 orbitali p, per l=2 ci sono 5 orbitali d e per l=3 ci sono 7 orbitali f, ognuno con orientamenti e caratteristiche specifiche.
La probabilità radiale di trovare l'elettrone aumenta allontanandosi dal nucleo fino a un certo punto, per poi diminuire. La massima probabilità si verifica in corrispondenza del valore stabilito da Bohr, evidenziando un comportamento non lineare della distribuzione della probabilità.
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